建筑结构设计中剪力墙结构设计的运用研究.docx

建筑结构设计中剪力墙结构设计的运用研究 吴海源摘要：随科学技术的不断发展和进步，建筑行业的水平也逐渐提高。建筑结构从砌体结构到框架结构，再到现在成为高层建筑的主流结构体系的剪力墙结构。剪力墙结构不仅能满足建筑内部无外露柱构件的美观要求，还提升了建筑的空间使用率，并具有稳定性好、抗震性强和耐久性好的特点。本文结合建筑结构设计中剪力墙结构设计的相关原则及特征，对其具体的结构布置及应用进行了介绍，以供参考。关键词：建筑结构设计；剪力墙结构设计；运用分析引言剪力墙结构之所以能够在建筑结构设计中得到非常广泛的应用，还是要从结构体系上的很多优势说起。剪力墙结构整体性好，侧向刚度大，承载力高，弹塑性变形能力大，具有良好的抗震性。1剪力墙结构概述剪力墙具有强大的抗震能力让它享有“抗震墙”这样的称呼，而其显著的抗风能力，在生活中也被称为“抗风墙”。和普通的砖墙相比它具有结构特殊性，也叫做“结构墙”。作用主要是为了承受地震荷载、风荷载，以及各种自然灾害带来的水平荷载。建筑物在时时刻刻都会受到外力的威胁或者破坏，正常使用的建筑一旦出现问题，可能会引起严重的后果。所以为了让建筑物变得更加稳定，剪力墙应运而生。判断一个建筑的承受能力主要看它结构的竖向受力和横向受力，作为剪力墙的主要材料，钢筋混凝土目前具有不可替代的优越性。剪力墙的类型有：不开洞的实体墙，有端柱的剪力墙，有一排或多排洞口的联肢墙，用在转换层处的框支剪力墙，以及由剪力墙围成的核心筒等等。这些剪力墙每种都有其自身的受力特征，设计人员应该结合建筑结构要求来进行具体的剪力墙类型选择。所有的剪力墙从总体特征来看，主要有以下几个方面：具有较强的抗震性能，使得室内的墙面呈现比较平坦的外观，但是剪力墙因为其结构的建设需求，在实际的剪力墙施工中需要涉及到很多环节，所以其中的总体成本也是比较高的。2剪力墙结构在建筑结构设计应用中应该坚持的几个原则2.1通常情况下，剪力墙的高宽要远大于其厚度，是一种结合特征的向板，所以其受力形态类似于柱子，但具体的差距还是要根据肢长和厚度比值范围，当肢长与厚度比值不超过3，可以参照柱子来进行剪力墙设计。当两者比值超过3但小于5，可以将剪力墙看成异形柱进行处理。2.2剪力墙结构的平面结构，既要承担水平剪力及弯矩，还需要承担竖向的压力。所以在考虑到剪力墙结构的抗震要求时，要同时考虑其刚度和延展性。2.3剪力墙的刚度及承载力考虑。当剪力墙处于同一平面时，具有较大的刚度和承载力，平面外则较小。所以如果剪力墙与平面外的梁连接，则延伸在平面外的墙肢就容易发生弯曲。在设计中应该尽量避免剪力墙与平面外梁连接的情况发生。必须连接的时候，应该设置对应的保护措施，避免因墙肢弯曲发生意外事件。3剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用3.1剪力墙结构设计原则及要点通常情况下，剪力墙的高宽要远大于其厚度，其受力形态类似于框架柱，都是压弯构件，压弯破坏状态以及计算原理基本相同。但是截面配筋构造有很大不同，具体的情况还是要根据肢长和厚度比值的范围来选择。当肢长与厚度比值不超过4，可以参照框架柱的要求来进行截面设计。当两者比值超过4但小于8，则按照短肢剪力墙的相关要求来进行截面设计。当两者比值超过8时，按剪力墙的要求来进行截面设计。剪力墙结构，既要承担水平剪力及弯矩，还需要承担竖向的压力。所以在考虑到剪力墙结构的抗震要求时，要同时考虑其刚度和延展性。3.2平面内搭接剪力墙以平面内受力为主，建筑结构中，剪力墙需要在结构平面的主轴方向双向布置，分别抵抗来自各方向的水平力，墙端与计算方向垂直的翼墙不仅可以增大计算方向的剪力墙的刚度和承载力，还能增大弹塑性变形能力。剪力墙外的平面布置会影响到剪力墙结构的作用。剪力墙的特点是平面内的承载力及刚度大，而平面外的承载力和刚度小。如果剪力墙与平面外的梁搭接时，会使墙肢平面外承受弯矩，特别是梁高大于2倍墙厚的时候，刚性连接梁梁端弯矩使剪力墙平面外产生弯矩，因此，在设计时尽量减少平面外连接，若不能避免，就要采取措施，从而保证了剪力墙平面外的安全性。4剪力墙的具体布置实施4.1平面布置剪力墙设计的平面布置可以灵活，但是有几个要注意的地方。平衡、对称。建筑强设计结构有长有短。遇到较长的剪力墙时，不要全部当成一个整体，选择开洞口的方式，将墙面分成等长均匀的几段。交错不齐的剪力墙洞口会带来很多隐患，比如说受力刚度减小，结构不稳定，容易发生事故等等。所以洞口要一排排的整整齐齐。对称布置，使得结构平面上刚度均匀，减小水平力作用下给结构产生的扭转。在进行抗震设计的时候，尽量减少一字型的短肢剪力墙的布置，双向的或者多向的更能保障安全。多向或双向的设计可以形成一定的空间工作结构。剪力墙不仅需要在结构平面主轴方向双向布置，而且还应该尽量使得各主轴方向剪力墙的侧向刚度相近。剪力墙结构与其他的结构一样，在特殊情况下也会出现刚度突变的情况。为了避免不必要的损失，在竖直方向上要从下往上的布置。在同一个平面上的剪力墙结构质量中心和刚度中心不可以岔开，岔开之后，无法保证其稳定性，应沿着建筑物的全高布置，侧向刚度沿着高度从下至上连续均匀，剪力墙开洞时，洞口上下对齐。平面形状凹凸较大的时候，尽可能在凸出部分的端部附近布置剪力墙。当遇到建筑物周边、电梯间、楼梯间等部位时，均匀的布置剪力墙。剪力墙不宜过长，超过8m的剪力墙最好设置挂高比较大的连梁将其均匀分为若干段，使得各个墙段的高度与长度之比大于3。4.2墙肢截面厚度剪力墙的厚度变化呈现阶段性的规律。阶段性即均匀平衡，连续不折断。阶段变化的范围最大是100m，最小是50m，严格控制在这一范围以内，才能使结构不发生变形。剪力墙的材料是混凝土，在混凝土的强度等级发生变化楼层时，此楼层要避免进行剪力墙的厚度变化。高层建筑在底部的剪力墙一般厚度大，当剪力墙的厚度超过400mm时，如果仅采用双排配筋，会形成中部大面积的素混凝土，使得剪力墙的的截面应力不均匀，所以厚度超过400mm的剪力墙，需要配置三排或四排钢筋。4.3剪力墙结构连梁剪力墻结构中连梁是作为连接剪力墙平面内的梁，它不仅能够连接墙肢，还能够有效的约束墙肢。在设计连梁的时候，因连梁的刚度很大，普通配筋的、跨高比小的连梁很难成为延性构件，所以对连梁进行区分，按不同的形式分别设计。跨高比大于5的连梁，此类连梁受力情况和框架梁类似，即按照框架结构中的框架梁进行设计即可。跨高比小于5的连梁，尤其是住在、旅馆等剪力墙结构的建筑中的连梁，跨高比往往小于2，甚至不大于1，在侧向力的作用下，这些连梁容易出现剪切斜裂缝。对于跨高比小的高连梁，可以设置水平缝，形成双连梁或者多连梁，实现弯曲破坏。当连梁宽度较大的时候，除了设置普通箍筋以外，还可以增加交叉暗柱或者设置斜向的交叉构造钢筋来改善连梁的受力性能。楼面梁支承在连梁上时，连梁产生扭转，一方面不能有效约束楼面梁，另一方面连梁受力十分不利，因此要尽量避免。楼板次梁等截面较小的梁支承在连梁上时，次梁端部可按铰接处理。5结束语总体来说，剪力墙结构设计已经在建筑结构设计中得到了非常广泛的应用。但从具体的应用情况来看，目前剪力墙设计应用还存在诸多问题需要结合工程实际情况加以解决。所以在进行剪力墙结构设计时一定要结合工程的实际情况合理应用，设计人员不可以脱离设计要求和原则，把握住要点，在保证安全的前提下，努力减少成本，才能使各方获得最大的收益。参考文献：1张卫华.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用J.门窗，2017，01：15+18.2周任.论剪力墙结构在建筑结构设计中的应用J.科技与创新，2017，09：156157. -全文完-